DE102019103270A1 - METHOD FOR DISTRIBUTED ELECTRICAL PERFORMANCE DETERMINATION - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren 100 zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung zumindest eines Verbrauchers 605, der über einen Spannungspfad 603 mit einer Spannungsquelle 601 verbunden ist, wobei eine Spannungsmesseinrichtung 607 eine Versorgungsspannung U der Spannungsquelle 601 an einem Spannungsmesspunkt 613 auf dem Spannungspfad 603 bestimmt, und wobei zumindest eine Strommesseinrichtung 609 einen Verbraucherstrom I des Verbrauchers 605 an einem Strommesspunkt 615 auf dem Spannungspfad 603 bestimmt, umfassend: Aufnehmen von Spannungsmesswerten DPU der Versorgungsspannung U durch die Spannungsmesseinrichtung 607 zur Bestimmung eines Spannungsverlaufs TCU der Versorgungsspannung U in einem Spannungsmessschritt 101, Aufnehmen von Strommesswerten DPI eines Verbraucherstroms I des zumindest einen Verbrauchers 605 durch die zumindest eine Strommesseinrichtung 609 zur Bestimmung eines Stromverlaufs TCI des Verbraucherstroms I in einem Strommessschritt 103, Analysieren der Spannungsmesswerte DPU der Versorgungsspannung U und/oder der Strommesswerte DPI des Verbraucherstroms I mit einer Analysefunktion AF in einem Analyseschritt 105, um Spannungskenngrößen AFPU des Spannungsverlaufs TCU der Versorgungsspannung U und/oder Stromkenngrößen AFPI des Stromverlaufs TCI des Verbraucherstroms I zu bestimmen, und Ermitteln zumindest eines Leistungswerts L unter Berücksichtigung der Spannungskenngrößen AFPU und/oder der Stromkenngrößen AFPI in einem Leistungswertermittlungsschritt 107.The invention relates to a method 100 for the distributed electrical power determination of at least one consumer 605, which is connected to a voltage source 601 via a voltage path 603, a voltage measuring device 607 determining a supply voltage U of the voltage source 601 at a voltage measuring point 613 on the voltage path 603, and at least a current measuring device 609 determines a consumer current I of the consumer 605 at a current measuring point 615 on the voltage path 603, comprising: recording voltage measured values DPU of the supply voltage U by the voltage measuring device 607 to determine a voltage profile TCU of the supply voltage U in a voltage measuring step 101, recording current measured values DPI a Consumer current I of the at least one consumer 605 by the at least one current measuring device 609 for determining a current profile TCI of the consumer current I in a current measuring step 103, analyzing the voltage Measurement values DPU of the supply voltage U and / or the measured current values DPI of the consumer current I with an analysis function AF in an analysis step 105 in order to determine voltage parameters AFPU of the voltage profile TCU of the supply voltage U and / or current parameters AFPI of the current profile TCI of the consumer current I, and to determine at least one Power value L taking into account the voltage parameters AFPU and / or the current parameters AFPI in a power value determination step 107.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung für ein System mit zumindest einem Verbraucher. Die Erfindung betrifft ferner ein System zur verteilten Leistungsbestimmung. Die Erfindung betrifft zusätzlich ein Computerprogramm zum Ausführen eines Verfahrens zur verteilten Leistungsbestimmung und ein Speichermedium mit dem Computerprogramm.The invention relates to a method for the distributed determination of electrical power for a system with at least one consumer. The invention also relates to a system for distributed performance determination. The invention additionally relates to a computer program for executing a method for distributed performance determination and a storage medium with the computer program.
Stand der TechnikState of the art
Bei einer verteilten Leistungsbestimmung werden Strom und Spannung eines Systems mit wenigstens einem Verbraucher an verschiedenen Stellen des Systems aufgenommen. Gegenüber einer Leistungsbestimmung, bei der Spannung und Strom an derselben Stelle im System bestimmt werden, beispielsweise direkt beim Verbraucher, kann eine verteilte Leistungsbestimmung, speziell in Systemen mit mehreren Verbrauchern, den Vorteil ergeben, dass lediglich eine Spannungsmessung für mehrere Verbraucher durchgeführt werden muss. Der bei der Spannungsmessung bestimmte Wert für die Versorgungsspannung wird in Kombination mit den jeweils an den Stellen der Verbraucher bestimmten Verbraucherströmen zur Bestimmung der Leistung verwendet. Hierdurch können Hardwarekomponenten eingespart werden, da nicht für jeden Verbraucher eine individuelle Spannungsmesseinrichtung benötigt wird, sondern eine Spannungsmesseinrichtung für eine Mehrzahl von Verbrauchern ausreicht.In the case of a distributed power determination, the current and voltage of a system with at least one consumer are recorded at different points in the system. Compared to a power determination in which voltage and current are determined at the same point in the system, for example directly at the consumer, a distributed power determination, especially in systems with several consumers, can have the advantage that only one voltage measurement has to be carried out for several consumers. The value for the supply voltage determined during the voltage measurement is used in combination with the respective consumer currents determined at the points of the consumer to determine the power. Hardware components can be saved as a result, since an individual voltage measuring device is not required for each consumer, but rather one voltage measuring device is sufficient for a plurality of consumers.
Aus dem Dokument
Problematisch in den aus dem Stand der Technik bekannten Systemen zur verteilten Leistungsbestimmung ist jedoch die Übertragung der aufgenommenen Strom- und Spannungswerte zur Bestimmung der Leistung. Da Messwerte für Strom und Spannung an verschiedenen Stellen im System und von unterschiedlichen Systemkomponenten aufgenommen werden, muss wenigstens ein Datensatz von der einen Systemkomponente an eine weitere Systemkomponente übermittelt werden, um unter Berücksichtigung der aufgenommenen Spannung und des aufgenommenen Stroms die entsprechende Leistung bestimmen zu können.However, the problem with the systems for distributed power determination known from the prior art is the transmission of the recorded current and voltage values to determine the power. Since measured values for current and voltage are recorded at different points in the system and by different system components, at least one data record must be transmitted from one system component to another system component in order to be able to determine the corresponding power, taking into account the recorded voltage and current.
Bei Wechselspannung wird im Stand der Technik die Leistung auf Basis von Effektivwerten für Strom und Spannung bestimmt. Dies ist unter anderem darauf gegründet, dass zur exakten Bestimmung der Leistung auf Momentanwerte für Strom und Spannung zurückgegriffen werden müsste. Dies würde jedoch das Übermitteln großer Datenmengen bedeuten, was bei derzeitigen Systemen zu Problemen führt.In the prior art, with AC voltage, the power is determined on the basis of effective values for current and voltage. Among other things, this is based on the fact that instantaneous values for current and voltage would have to be used in order to determine the power exactly. However, this would mean transmitting large amounts of data, which leads to problems with current systems.
Die Bestimmung der Leistung basierend auf Effektivwerten für Strom und Spannung ist jedoch ebenfalls nicht zufriedenstellend. Effektivwerte für Strom und Spannung stellen eine starke Vereinfachung gegenüber den tatsächlichen Momentanwerten dar und ein Großteil der in den Momentanwerten enthaltene Information gehen bei der Vereinfachung zu Effektivwerten verloren. Speziell bei Systemen mit vergleichsweise hohen Anteilen an Oberfrequenzen in Strom und Spannung führen diese Vereinfachungen zu Messungenauigkeiten in der Leistungsbestimmung.The determination of the power based on rms values for current and voltage is also unsatisfactory. RMS values for current and voltage represent a great simplification compared to the actual instantaneous values and a large part of the information contained in the instantaneous values is lost when simplifying the RMS values. These simplifications lead to measurement inaccuracies in the determination of power, especially in systems with comparatively high proportions of upper frequencies in current and voltage.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein effizientes Verfahren zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung eines Systems mit zumindest einem Verbraucher, ein System zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung und ein Speichermedium mit einem Computerprogramm zum Ausführen eines Verfahrens zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung bereitzustellen.The object on which the invention is based can be seen in providing an efficient method for distributed electrical power determination of a system with at least one consumer, a system for distributed electrical power determination and a storage medium with a computer program for executing a method for distributed electrical power determination.
Die Aufgabe wird mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Ansprüche.The object is achieved by means of the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the respective dependent claims.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung zumindest eines Verbrauchers bereitgestellt, der über einen Spannungspfad mit einer Spannungsquelle verbunden ist, wobei eine Spannungsmesseinrichtung eine Versorgungsspannung der Spannungsquelle an einem Spannungsmesspunkt auf dem Spannungspfad bestimmt, und wobei zumindest eine Strommesseinrichtung einen Versorgungsstrom des Verbrauchers an einem Strommesspunkt auf dem Spannungspfad bestimmt. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte: Aufnehmen von Spannungsmesswerten der Versorgungsspannung durch die Spannungsmesseinrichtung zur Bestimmung eines Spannungsverlaufs der Versorgungsspannung in einem Spannungsmessschritt, Aufnehmen von Strommesswerten eines Verbraucherstroms des zumindest einen Verbrauchers durch die zumindest eine Strommesseinrichtung zur Bestimmung eines Stromverlaufs des Verbraucherstroms in einem Strommessschritt, Analysieren der Spannungsmesswerte der Versorgungsspannung und/oder der Strommesswerte des Verbraucherstroms mit einer Analysefunktion in einem Analyseschritt, um Spannungskenngrößen des Spannungsverlaufs der Versorgungsspannung und/oder Stromkenngrößen des Stromverlaufs des Verbraucherstroms zu bestimmen, und Ermitteln zumindest eines Leistungswerts unter Berücksichtigung der Spannungskenngrößen und/oder der Stromkenngrößen in einem Leistungswertermittlungsschritt. According to one aspect of the invention, a method for the distributed electrical power determination of at least one consumer is provided, which is connected to a voltage source via a voltage path, wherein a voltage measuring device determines a supply voltage of the voltage source at a voltage measuring point on the voltage path, and wherein at least one current measuring device a supply current of the Determined consumer at a current measuring point on the voltage path. The method comprises the steps of: recording voltage measured values of the supply voltage by the voltage measuring device to determine a voltage curve of the supply voltage in a voltage measuring step, recording current measured values of a consumer current of the at least one consumer by the at least one current measuring device to determine a current curve of the consumer current in a current measuring step, analyzing the Measured voltage values of the supply voltage and / or the measured current values of the consumer current with an analysis function in an analysis step to determine voltage parameters of the voltage curve of the To determine the supply voltage and / or current parameters of the current profile of the consumer current, and to determine at least one power value taking into account the voltage parameters and / or the current parameters in a power value determination step.
Hierdurch wird erreicht, dass ein effizientes Verfahren zur verteilten Leistungsbestimmung in einem System mit zumindest einem Verbraucher bereitgestellt werden kann.This means that an efficient method for distributed power determination can be provided in a system with at least one consumer.
Durch die verteilte Leistungsbestimmung, worunter im Folgenden eine Leistungsbestimmung verstanden wird, bei der Spannung und Strom an unterschiedlichen Stellen im System gemessen werden, kann eine Reduzierung der benötigten Hardware bewirkt werden.The distributed power determination, which in the following is understood to mean a power determination in which voltage and current are measured at different points in the system, can bring about a reduction in the hardware required.
Besonders in Systemen mit einer Mehrzahl von Verbrauchern kann mit nur einer Spanungsmesseinrichtung und einer Mehrzahl von den einzelnen Verbrauchern zugeordneten Strommesseinrichtungen eine Leistungsbestimmung für jeden der Verbraucher erreicht werden.Particularly in systems with a plurality of consumers, a power determination for each of the consumers can be achieved with only one voltage measuring device and a plurality of current measuring devices assigned to the individual consumers.
Eine individuelle Spannungsmessung für jeden Verbraucher kann vermieden werden. Diese sind speziell für Systeme unvorteilhaft, in denen die Versorgungsspannung für die verschiedenen Verbraucher lediglich geringfügig variiert. Lokale Spannungsmessungen für jeden Verbraucher bringen in solchen Systemen gegenüber einer einzigen globalen Spannungsmessung der Versorgungsspannung für das gesamte System keine zusätzliche Information und sind folglich redundant.An individual voltage measurement for each consumer can be avoided. These are particularly disadvantageous for systems in which the supply voltage for the various loads varies only slightly. Local voltage measurements for each consumer in such systems do not provide any additional information compared to a single global voltage measurement of the supply voltage for the entire system and are consequently redundant.
Eine verteilte Leistungsbestimmung setzt jedoch voraus, dass zur Bestimmung wenigstens eines Leistungswerts Spannungsmesswerte der Versorgungsspannung und/oder Strommesswerte des Verbraucherstroms von der Spannungsmesseinrichtung und/oder von der Strommesseinrichtung zu einer entsprechenden Systemkomponente übermittelt werden, von der die jeweiligen Messwerte der Spannung und des Stroms zur Bestimmung einer entsprechenden Leistung herangezogen werden, wobei die Messwerte Spannungsmesswerte und/oder Strommesswerte umfassen. However, a distributed power determination presupposes that, in order to determine at least one power value, measured voltage values of the supply voltage and / or measured current values of the consumer current are transmitted from the voltage measuring device and / or from the current measuring device to a corresponding system component, from which the respective measured values of the voltage and current are used for determination a corresponding power can be used, the measured values including measured voltage values and / or measured current values.
Diesbezüglich wird der Vorteil erreicht, dass im vorliegenden Verfahren zur Übertragung der aus den aufgenommenen Spannungs- und Strommesswerten erhaltenen Information bezüglich der Versorgungsspannung und/oder des Verbraucherstroms ein vergleichsweise geringes Datenvolumen übermittelt werden muss. Hierdurch ist eine schnellere Übertragung der Daten und damit verbunden eine schnellere Leistungsbestimmung für die einzelnen Verbraucher des Systems ermöglicht.In this regard, the advantage is achieved that, in the present method, a comparatively small volume of data has to be transmitted to transmit the information relating to the supply voltage and / or the consumer current obtained from the recorded voltage and current measured values. This enables faster transmission of the data and, associated therewith, faster power determination for the individual consumers of the system.
Aufgrund der höheren Informationsdichte der Kenngrößen, wobei die Kenngrößen durch Spannungs- und/oder Strommesswerte gebildet sein können, gegenüber nichtanalysierten Spannungs- und Strommesswerten kann darüber hinaus mit der Übermittlung von Spannungskenngrößen und/oder Stromkenngrößen ein höherer Informationsgehalt pro übertragenem Datenvolumen erzielt werden. Bei einem vorbestimmten maximal übertragbaren Datenvolumen können die übertragenen Kenngrößen damit einen höheren Informationsgehalt übertragen, als dies bei Spannungbeziehungsweise Strommesswerten des gleichen Datenvolumens möglich wäre. Beispielsweise können Kenngrößen übermittelt werden, die einen Satz von Spannungs- und/oder Strommesswerten entsprechen, dessen Datenvolumen das maximal übertragbare Datenvolumen übersteigen würde. Alternativ können auch Kenngrößen zu mehreren Sätzen von Spannungs- und/oder Strommesswerten übermittelt werden, während aufgrund des hohen Datenvolumens der einzelnen Datensätze der Spannungs- und/oder Strommesswerte nicht alle Datensätze gleichzeitig übermittelbar wären.Due to the higher information density of the parameters, whereby the parameters can be formed by voltage and / or current measured values, compared to non-analyzed voltage and current measured values, a higher information content per transferred data volume can be achieved with the transmission of voltage parameters and / or current parameters. Given a predetermined maximum transferable data volume, the transferred parameters can thus transfer a higher information content than would be possible with voltage or current measured values of the same data volume. For example, parameters can be transmitted which correspond to a set of measured voltage and / or current values, the data volume of which would exceed the maximum transferable data volume. Alternatively, parameters for several sets of voltage and / or current measured values can also be transmitted, while due to the high data volume of the individual data sets of the voltage and / or current measured values, not all data sets could be transmitted simultaneously.
Die aufgenommenen Spannungsmesswerte der Versorgungsspannung und/oder die Strommesswerte des Versorgungsstroms werden vor dem Übermitteln an die entsprechende Systemkomponente zur Leistungsbestimmung eines Analyseprozesses unterzogen. In der Datenanalyse werden Spannungskenngrößen des Spannungsverlaufs der Versorgungsspannung und/oder Stromkenngrößen des Stromverlaufs des Verbraucherstroms ermittelt.The recorded voltage measurement values of the supply voltage and / or the current measurement values of the supply current are subjected to an analysis process before being transmitted to the corresponding system component to determine the performance. In the data analysis, voltage parameters of the voltage profile of the supply voltage and / or current parameters of the current profile of the consumer current are determined.
Die ermittelten Spannungsgrößen und/oder Stromkenngrößen werden darauffolgend an die Systemkomponente übermittelt, die unter Berücksichtigung der Spannungsgrößen und/oder Stromkenngrößen die Leistung des jeweiligen Verbrauchers bestimmt. Anstatt der aufgenommenen Spannungs- und/oder Strommesswerte werden somit die Spannungskenngrößen und/oder Stromkenngrößen übermittelt, wodurch eine substantielle Reduktion der zu übermittelnden Datenmengen erreicht wird.The determined voltage quantities and / or current parameters are then transmitted to the system component, which, taking into account the voltage quantities and / or current parameters, determines the power of the respective consumer. Instead of the recorded voltage and / or current measured values, the voltage parameters and / or current parameters are thus transmitted, whereby a substantial reduction in the amount of data to be transmitted is achieved.
Die Spannungsmesswerte oder die Strommesswerte werden analysiert und die Spannungskenngrößen oder die Stromkenngrößen ermittelt in Abhängigkeit davon, welche der Spannungsmesswerte beziehungsweise der Spannungskenngrößen oder der Strommesswerte beziehungsweise der Stromkenngrößen übermittelt werden sollen. Sollen sowohl Spannungs- als auch Strommesswerte zur Bestimmung des wenigstens einen Leistungswerts zu der entsprechenden Systemkomponente übermittelt werden, werden sowohl die Spannungsmesswerte analysiert und die Spannungskenngrößen ermittelt als auch die Strommesswerte analysiert und die Stromkenngrößen ermittelt.The measured voltage values or the measured current values are analyzed and the voltage parameters or the current parameters are determined as a function of which of the voltage measured values or the voltage parameters or the current measured values or the current parameters are to be transmitted. If both voltage and current measured values are to be transmitted to the corresponding system component in order to determine the at least one power value, both the voltage measured values and the voltage parameters are determined and the current measured values are analyzed and the current parameters are determined.
Es werden ausschließlich Kenngrößen von der Spannungsmesseinrichtung oder der zumindest einen Strommesseinrichtung an die jeweilige Systemkomponente, die die Leistungsbestimmung durchführt, übermittelt. Eine Übermittlung von Spannungs- oder Strommesswerten findet nicht statt. Only parameters from the voltage measuring device or the at least one current measuring device are transmitted to the respective system component that is performing the power determination. A transmission of voltage or current measured values does not take place.
Die Bestimmung der Leistung erfolgt unter Berücksichtigung der Spannungskenngrößen und/oder Stromkenngrößen. Beispielsweise können die Kenngrößen derart ausgebildet sein, dass eine Multiplikation der Spannungskenngrößen und Stromkenngrößen zu einem entsprechenden Leistungswert führt.The power is determined taking into account the voltage parameters and / or current parameters. For example, the parameters can be designed such that a multiplication of the voltage parameters and current parameters leads to a corresponding power value.
Eine Rücktransformation der Spannungskenngrößen und Stromkenngrößen in die entsprechenden Spannungs- und Strommesswerte ist ebenfalls möglich. Die Leistungsbestimmung erfolgt in diesem Fall unter Berücksichtigung der Spannungs- und Strommesswerte. Die entsprechende Rücktransformation kann durch die zur Leistungsbestimmung dienende Systemkomponente durchgeführt werden, nachdem die Spannungskenngrößen und/oder Stromkenngrößen von der Spannungsmesseinrichtung und/oder der zumindest einen Strommesseinrichtung an die entsprechende Leistungskomponente übermittelt worden ist.A reverse transformation of the voltage parameters and current parameters into the corresponding voltage and current measured values is also possible. In this case, the power is determined taking into account the measured voltage and current values. The corresponding reverse transformation can be carried out by the system component used to determine the power, after the voltage parameters and / or current parameters have been transmitted from the voltage measuring device and / or the at least one current measuring device to the corresponding power component.
Das Datenvolumen der zu übermittelnden Spannungskenngrößen oder Stromkenngrößen ist erheblich herabgesetzt zu einem Datenvolumen der Spannungsmesswerte oder der Strommesswerte. Die Kenngrößen sind hierbei so gewählt, dass der Informationsgehalt der Spannungskenngrößen oder der Stromkenngrößen dem Informationsgehalt der Spannungsmesswerte oder der Strommesswerte entspricht. Mindestens durch eine Rücktransformation der Spannungskenngrößen und/oder Stromkenngrößen in die Spannungs- und/oder Strommesswerte kann der Informationsgehalt wiederhergestellt werden.The data volume of the voltage parameters or current parameters to be transmitted is considerably reduced compared to a data volume of the voltage measurement values or the current measurement values. The parameters are selected in such a way that the information content of the voltage parameters or the current parameters corresponds to the information content of the voltage measured values or the current measured values. The information content can be restored at least by transforming the voltage parameters and / or current parameters into the voltage and / or current measured values.
Ein Verlauf, insbesondere der Versorgungsspannung, welcher auch als Spannungsverlauf bezeichnet wird, oder des Verbraucherstroms, welcher auch als Stromverlauf bezeichnet wird, ist im Folgenden eine zeitliche Entwicklung der Versorgungsspannung oder des Verbraucherstroms und ist durch die jeweiligen Spannungsmesswerte oder Strommesswerte bestimmt. Der Spannungsverlauf oder Stromverlauf kann durch eine passende mathematische Funktion beziehungsweise durch einen entsprechenden Graph der Funktion wiedergegeben werden.A curve, in particular of the supply voltage, which is also referred to as voltage curve, or of the consumer current, which is also referred to as current curve, is in the following a development of the supply voltage or the consumer current over time and is determined by the respective voltage measurement values or current measurement values. The voltage curve or current curve can be reproduced by a suitable mathematical function or by a corresponding graph of the function.
Eine Analysefunktion ist im Folgenden eine mathematische Funktion, die zur Analyse der Spannungsmesswerte und der Strommesswerte verwendet wird, und die geeignet ist, die Spannungsmesswerte und die Strommesswerte wiederzugeben und die entsprechenden Spannungsverläufe der Versorgungsspannung und Stromverläufe des Verbraucherstroms zu beschreiben.In the following, an analysis function is a mathematical function that is used to analyze the measured voltage values and the measured current values, and that is suitable for reproducing the measured voltage values and the measured current values and for describing the corresponding voltage characteristics of the supply voltage and current characteristics of the consumer current.
Eine Analysefunktion im vorliegenden Sinne kann auch eine jeweilige Umkehrfunktion umfassen, die den Analysevorgang auf den Ausgang zurückführt. Voraussetzung hierbei ist jedoch, dass die Umkehrfunktion eine eindeutige Zuordnung der Kenngröße und der zu analysierenden Messwerte ermöglicht, sodass die Umkehrfunktion unter Berücksichtigung der Kenngrößen eindeutig die Messwerte wiedergibt.An analysis function in the present sense can also include a respective inverse function that returns the analysis process to the output. The prerequisite for this, however, is that the inverse function enables a clear assignment of the parameter and the measured values to be analyzed, so that the inverse function clearly reproduces the measured values, taking the parameters into account.
Kenngrößen sind im Folgende Größen beziehungsweise Parameter der Analysefunktion, die einen Informationsgehalt bezüglich der Verläufe der jeweiligen Messwerte transportieren können. Beispielsweise können Kenngrößen, Parameter einer Anpassungsfunktion sein, mittels der Messwerte analysiert werden, indem über eine Variation der Kenngrößen die Anpassungsfunktion an die zu analysierenden Daten angepasst wird, wobei die analysierenden Daten durch Spannungs- und/oder Strommesswerte gebildet sein können.In the following, parameters are quantities or parameters of the analysis function that can convey information regarding the progression of the respective measured values. For example, parameters can be parameters of an adaptation function by means of which measured values are analyzed by adapting the adaptation function to the data to be analyzed via a variation of the parameters, wherein the analyzing data can be formed by voltage and / or current measured values.
Die Kenngrößen können beispielsweise auch weitere Größen sein, die mittels der Datenanalyse aus den Messwerten extrahiert werden. Die Analysefunktion kann in einem derartigen Fall im weitesten Sinne als eine Handlungsvorschrift zur Durchführung der Analyse und zur Extraktion der Kenngrößen sein.The parameters can, for example, also be other variables that are extracted from the measured values by means of the data analysis. In such a case, the analysis function can, in the broadest sense, be a rule for carrying out the analysis and extracting the parameters.
Die Kenngrößen transportieren damit einen eindeutigen Informationsgehalt bezüglich der aufgenommenen Messwerte. Unter Berücksichtigung der jeweiligen Analysefunktion ermöglichen die Kenngrößen eine eindeutige Wiedergabe der Messwerte und eine Beschreibung des Verlaufs.The parameters thus convey a clear information content regarding the recorded measured values. Taking into account the respective analysis function, the parameters enable a clear reproduction of the measured values and a description of the course.
Die Kenngrößen und die Analysefunktion stehen dabei in einem Verhältnis, dass die Kenngrößen Parameter der Analysefunktion sind. Nehmen die jeweiligen Kenngrößen durch die vorangegangene Analyse der Messwerte die passenden Werte an, lassen sich die jeweiligen Messwerte durch die Analysefunktion unter Berücksichtigung der Kenngrößen darstellen und wiedergeben.The parameters and the analysis function are in a relationship such that the parameters are parameters of the analysis function. If the respective parameters assume the appropriate values through the previous analysis of the measured values, the respective measured values can be displayed and reproduced by the analysis function, taking the parameters into account.
Nach einer Ausführungsform wird die Analyse der Spannungsmesswerte der Versorgungsspannung in dem Analyseschritt von der Spannungsmesseinrichtung durchgeführt, wobei die Analyse der Strommesswerte des Verbraucherstroms in dem Analyseschritt von der zumindest einen Strommesseinrichtung durchgeführt wird.According to one embodiment, the analysis of the measured voltage values of the supply voltage is carried out in the analysis step by the voltage measuring device, the analysis of the measured current values of the consumer current in the analysis step being carried out by the at least one current measuring device.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass zur Ermittlung der Leistung keine Messwerte übertragen werden müssen.This has the technical advantage that no measured values have to be transmitted to determine the power.
Durch die Analyse der Spannungsmesswerte der Versorgungsspannung in der Spannungsmesseinrichtung und/oder der Strommesswerte des Verbraucherstroms in der zumindest einen Strommesseinrichtung und durch das damit verbundene Erstellen der entsprechenden Spannungskenngrößen und/oder Stromkenngrößen kann vermieden werden, dass ganze Sätze von aufgenommenen Messwerten der Versorgungsspannung und/oder des Verbraucherstroms zu Bestimmung eines entsprechenden Leistungswerts an die jeweilige Systemkomponente übermittelt werden müssen. By analyzing the voltage measured values of the supply voltage in the voltage measuring device and / or the current measured values of the consumer current in the at least one current measuring device and by creating the corresponding voltage parameters and / or current parameters, it is possible to avoid entire sets of recorded measured values of the supply voltage and / or of the consumer current must be transmitted to the respective system component to determine a corresponding power value.
Statt der aufgenommenen Messwerte werden ausschließlich die ermittelten Kenngrößen übermittelt. Durch die Wahl der Kenngrößen derart, dass unter Berücksichtigung der jeweiligen Analysefunktion die entsprechenden Messwerte wiedergegeben werden können, transportieren die Spannungskenngrößen und/oder Stromkenngrößen einen Informationsgehalt, welcher dem Informationsgehalt der Messwerte entsprechen kann.Instead of the recorded measured values, only the determined parameters are transmitted. By choosing the parameters in such a way that, taking into account the respective analysis function, the corresponding measured values can be reproduced, the voltage parameters and / or current parameters convey an information content which can correspond to the information content of the measured values.
Nach einer Ausführungsform umfasst der Analyseschritt der Spannungsmesswerte und/oder der Strommesswerte die Verfahrensschritte: Durchführen einer Spektralanalyse, insbesondere einer diskreten Fourier-Analyse, der Spannungsmesswerte und/oder der Strommesswerte in einem Spektralanalyseschritt, Erstellen eines Spannungsfrequenzspektrums der Versorgungsspannung auf Basis der Spektralanalyse der Spannungsmesswerte und/oder eines Stromfrequenzspektrums des Verbraucherstroms auf Basis der Spektralanalyse der Strommesswerte in einem Spektrumerstellungsschritt, Reduzieren des Spannungsfrequenzspektrums der Versorgungsspannung und/oder des Stromfrequenzspektrums des Verbraucherstroms auf Frequenzen einer Spannungsgrundfrequenz und von ersten n Spannungsoberfrequenzen der Versorgungsspannung und/oder auf Frequenzen einer Stromgrundfrequenz und von ersten n Stromoberfrequenzen des Verbraucherstroms in einem Reduktionsschritt, und Identifizieren der Spannungsspektralwerte für Frequenzen der Spannungsgrundfrequenz und der ersten n Spannungsoberfrequenzen der Versorgungsspannung als Spannungskenngrößen und/oder der Stromspektralwerte für Frequenzen der Stromgrundfrequenz und der ersten n Stromoberfrequenzen des Verbraucherstroms als Stromkenngrößen in einem Spektralwertidentifikationsschritt.According to one embodiment, the step of analyzing the measured voltage values and / or the measured current values comprises the steps of: performing a spectrum analysis, in particular a discrete Fourier analysis, of the measured voltage values and / or the measured current values in a spectral analysis step, creating a voltage frequency spectrum of the supply voltage on the basis of the spectrum analysis of the measured voltage values and / or a current frequency spectrum of the consumer current based on the spectral analysis of the current measured values in a spectrum creation step, reducing the voltage frequency spectrum of the supply voltage and / or the current frequency spectrum of the consumer current to frequencies of a voltage base frequency and of first n voltage harmonics of the supply voltage and / or to frequencies of a current base frequency and of the first n Current upper frequencies of the consumer current in a reduction step, and identification of the voltage spectral values for frequencies of the voltage ngs fundamental frequency and the first n voltage harmonics of the supply voltage as voltage parameters and / or the current spectral values for frequencies of the current fundamental frequency and the first n current harmonics of the consumer current as current parameters in a spectral value identification step.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass durch die Spektralanalyse die Versorgungsspannung und/oder der Verbraucherstrom anteilsmäßig in jeweils eine Grundfrequenz, wobei die Grundfrequenz durch eine Spannungsgrundfrequenz und/oder eine Stromgrundfrequenz gebildet sein kann, und bis zu n Oberfrequenzen, wobei die Oberfrequenzen durch eine Spannungsoberfrequenz und/oder eine Stromoberfrequenz gebildet sein können, aufgeteilt werden kann.This achieves the technical advantage that, through the spectral analysis, the supply voltage and / or the consumer current are proportionally divided into a fundamental frequency, wherein the fundamental frequency can be formed by a voltage fundamental frequency and / or a current fundamental frequency, and up to n harmonic frequencies, the harmonic frequencies being a Voltage upper frequency and / or a current upper frequency can be formed, can be divided.
Die über die diskrete Fourier-Analyse bestimmten Spektralwerte der Versorgungsspannung und/oder des Verbraucherstroms für die jeweilige Grundfrequenz beziehungsweise die Grundfrequenz und die ersten n Oberfrequenzen stellen die Spannungskenngrößen und Stromkenngrößen dar. Die entsprechende Fourier-Reihe, in der die Spektralwerte als Reihenparameter fungieren, dient als Analysefunktion, mittels der die Spannungs- und Strommesswerte wiedergegeben werden können.The spectral values of the supply voltage and / or the consumer current determined via the discrete Fourier analysis for the respective fundamental frequency or the fundamental frequency and the first n upper frequencies represent the voltage parameters and current parameters. The corresponding Fourier series, in which the spectral values function as series parameters, is used as an analysis function by means of which the voltage and current measured values can be displayed.
Neben dem Vorteil einer Reduzierung des Datenvolumens der zu übermittelnden Datenpakete, indem anstatt einer Übermittlung der Messwerte lediglich entsprechende Kenngrößen, die Spektralwerte für die Grund- und Oberfrequenzen, übermittelt werden, wird der Vorteil erreicht, dass durch die Aufspaltung der Versorgungsspannung und/oder des Verbraucherstroms in Grund- und Oberfrequenzen eine detaillierte Bestimmung verschiedener Spannungswerte und/oder Stromwerte ermöglicht ist.In addition to the advantage of reducing the data volume of the data packets to be transmitted by only transmitting corresponding parameters, the spectral values for the fundamental and upper frequencies, instead of transmitting the measured values, the advantage is achieved that by splitting the supply voltage and / or the consumer current A detailed determination of various voltage values and / or current values is made possible in fundamental and upper frequencies.
Beispielsweise können neben der Scheinleistung auch die Wirkleistung, die Blindleistung oder die Verzerrungsblindleistung bestimmt werden. Hierdurch ist es ermöglicht, den Einfluss der Oberfrequenzen zu betrachten. Somit können Fehler, die beispielsweise bei einer Bestimmung der Leistung auf Basis von Effektivwerten für Strom und Spannung, bei der ein Einfluss von Oberfrequenzen vernachlässigt wird, vermieden werden.For example, in addition to the apparent power, the real power, the reactive power or the distortion reactive power can also be determined. This makes it possible to look at the influence of the harmonics. In this way, errors that occur, for example, when determining the power on the basis of effective values for current and voltage, in which the influence of harmonics is neglected, can be avoided.
Unter einer Grundfrequenz eines periodischen Signals wird die maßgebliche Frequenz des Signals verstanden, über die die längste Periode des periodischen Signals bestimmt ist. Die Grundfrequenz ist die niedrigste Frequenz der periodischen Anteile des periodischen Signals. Oberfrequenzen weisen hingegen Frequenzenzahlen auf, die ein ganzzahliges Vielfaches der Grundfrequenz sind. Im Folgenden können Grundwellen, Grundschwingungen und Grundfrequenzen synonym verwendet werden. Zu verstehen ist ein periodischer Anteil eines periodischen Spannungs- oder Stromsignals mit der Frequenz der Grundfrequenz des Signals. Analoges gilt für die Begriffe Oberwelle, Oberschwingung und Oberfrequenz, die ebenfalls synonym verwendet werden können.A fundamental frequency of a periodic signal is understood to mean the relevant frequency of the signal over which the longest period of the periodic signal is determined. The fundamental frequency is the lowest frequency of the periodic components of the periodic signal. Upper frequencies, on the other hand, have frequency numbers that are an integral multiple of the basic frequency. In the following, fundamental waves, fundamental vibrations and fundamental frequencies can be used synonymously. What is to be understood is a periodic component of a periodic voltage or current signal with the frequency of the fundamental frequency of the signal. The same applies to the terms harmonic, harmonic and harmonic frequency, which can also be used synonymously.
Nach einer Ausführungsform umfasst der Spektralanalyseschritt ferner, Ermitteln von wenigstens einem Spannungsgleichanteil der Versorgungsspannung und/oder von wenigstens einem Stromgleichanteil des Verbraucherstroms, wobei im Spektralidentifikationsschritt der wenigstens eine Spannungsgleichanteil als eine Spannungskenngröße und/oder der wenigstens eine Stromgleichanteil als eine Stromkenngröße identifiziert wird.According to one embodiment, the spectral analysis step further comprises determining at least one DC voltage component of the supply voltage and / or at least one DC current component of the consumer current, the at least one DC voltage component as a voltage parameter in the spectral identification step and / or the at least one direct current component is identified as a current parameter.
Hierdurch wird der Vorteil einer präziseren Spektralanalyse erreicht.This has the advantage of a more precise spectral analysis.
Nach einer Ausführungsform umfasst der Analyseschritt der Spannungsmesswerte und/oder der Strommesswerte die Verfahrensschritte: Durchführen eines Anpassungsprozesses einer Anpassungsfunktion an die Spannungsmesswerte und/oder die Strommesswerte in einem Anpassungsschritt, Ermitteln von Spannungsparametern der Anpassungsfunktion, wobei die Anpassungsfunktion mit den Spannungsparametern den Spannungsverlauf der Versorgungsspannung beschreibt, und/oder von Stromparametern der Anpassungsfunktion in einem Parameterermittlungsschritt, wobei die Anpassungsfunktion mit den Stromparametern den Stromverlauf des Verbraucherstroms beschreibt, und Identifizieren der Spannungsparameter der Anpassungsfunktion als Spannungskenngrößen und/oder der Stromparameter der Anpassungsfunktion als Stromkenngrößen in einem Parameteridentifikationsschritt.According to one embodiment, the step of analyzing the measured voltage values and / or the measured current values comprises the following steps: performing an adaptation process of an adaptation function to the measured voltage values and / or the measured current values in an adaptation step, determining voltage parameters of the adaptation function, the adaptation function using the voltage parameters to describe the voltage curve of the supply voltage , and / or of current parameters of the adaptation function in a parameter determination step, the adaptation function describing the current curve of the consumer current with the current parameters, and identification of the voltage parameters of the adaptation function as voltage parameters and / or the current parameters of the adaptation function as current parameters in a parameter identification step.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine einfache Analyse der Spannungsmesswerte der Versorgungsspannung und/oder der Strommesswerte des Verbraucherstroms bereitgestellt werden kann.This has the technical advantage that a simple analysis of the measured voltage values of the supply voltage and / or the measured current values of the consumer current can be provided.
Eine Anpassungsfunktion ist im Folgenden eine mathematische Funktion, die geeignet ist, in einem Anpassungsprozess mittels Variation entsprechender Parameter an die jeweiligen zu analysierenden Messwerte angepasst zu werden, sodass die angepasste Funktion die entsprechenden Messwerte wiedergibt und einen Verlauf der Messwerte beschreibt.In the following, an adaptation function is a mathematical function that is suitable for being adapted to the respective measured values to be analyzed in an adaptation process by varying corresponding parameters, so that the adapted function reproduces the corresponding measured values and describes a course of the measured values.
Mit den entsprechend variierten Parametern ermöglicht die Anpassungsfunktion eine eindeutige Wiedergabe der Messwerte und Beschreibung des Verlaufs der Messwerte. Die Anpassungsfunktion kann den Anforderungen entsprechend gewählt werden. Beispielsweise kann eine möglichst komplexe Anpassungsfunktion mit einer hohen Anzahl zu variierender Parameter gewählt werden, um so eine möglichst exakte Anpassung der Anpassungsfunktion an die Messwerte und ein möglichst präzises Ergebnis für die zu bestimmende Leistung zu erreichen.With the parameters varied accordingly, the adaptation function enables a clear reproduction of the measured values and a description of the course of the measured values. The adaptation function can be selected according to the requirements. For example, the most complex adaptation function possible with a large number of parameters to be varied can be selected in order to achieve the most exact adaptation of the adaptation function to the measured values and the most precise possible result for the power to be determined.
Beispielsweise kann aber auch eine vergleichsweise einfach gestaltete Anpassungsfunktion mit einer vergleichsweise geringeren Anzahl von Parametern gewählt werden, um eine möglichst schnelle Analyse zu erreichen, die wenig Prozessorleistung benötigt. Die Anpassungsfunktion kann der Analysefunktion entsprechen.For example, however, a comparatively simply designed adaptation function with a comparatively smaller number of parameters can also be selected in order to achieve the fastest possible analysis that requires little processor power. The adaptation function can correspond to the analysis function.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Verfahrensschritt: Synchronisieren der Spannungsmesseinrichtung und der zumindest einen Strommesseinrichtung auf eine Referenzzeit in einem Synchronisationsschritt, wobei die Spannungsmesseinrichtung und die zumindest eine Strommesseinrichtung jeweils eine lokale Zeit bestimmen, und wobei die lokale Zeit der Spannungsmesseinrichtung und die lokale Zeit der zumindest einen Strommesseinrichtung in Bezug auf die Referenzzeit angepasst werden.According to one embodiment, the method further comprises the step of: synchronizing the voltage measuring device and the at least one current measuring device to a reference time in a synchronization step, the voltage measuring device and the at least one current measuring device each determining a local time, and the local time of the voltage measuring device and the local time the at least one current measuring device can be adapted in relation to the reference time.
Hierdurch kann erreicht werden, dass die Messungen, wobei die Messungen durch Spannungsmesswerte und Strommesswerte gebildet sein können, der Versorgungsspannung und des Verbraucherstroms aufeinander abstimmbar sind. So kann gewährleistet werden, dass bei der verteilten Leistungsbestimmung, bei der Strom und Spannung an unterschiedlichen Stellen im System gemessen werden, die jeweiligen Messungen zu aufeinander abgestimmten Zeiten durchgeführt werden, und so ein aussagekräftiges Ergebnis für die Leistungsbestimmung erzielt werden kann.In this way it can be achieved that the measurements, wherein the measurements can be formed by measured voltage values and measured current values, of the supply voltage and the consumer current can be coordinated with one another. In this way, it can be guaranteed that in the case of distributed power determination, in which current and voltage are measured at different points in the system, the respective measurements are carried out at coordinated times, and a meaningful result for the power determination can be achieved.
Nach einer Ausführungsform umfasst die Synchronisation der Spannungsmesseinrichtung und der zumindest einen Strommesseinrichtung in dem Synchronisationsschritt das Ermitteln einer Phasenverschiebung zwischen dem Spannungserlauf der Versorgungsspannung und dem Stromverlauf des Verbraucherstroms in einem Phasenverschiebungsermittlungsschritt.According to one embodiment, the synchronization of the voltage measuring device and the at least one current measuring device in the synchronization step comprises determining a phase shift between the voltage curve of the supply voltage and the current curve of the consumer current in a phase shift determining step.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass mittels der ermittelten Phasenverschiebung eine Synchronisation der jeweiligen Messungen von Versorgungsspannung und Verbraucherstrom erreicht wird.This has the technical advantage that a synchronization of the respective measurements of supply voltage and consumer current is achieved by means of the determined phase shift.
Nach einer Ausführungsform ist der zumindest eine Leistungswert eine Wirkleistung, eine Blindleistung, eine Verzerrungsblindleistung oder eine Gesamtscheinleistung.According to one embodiment, the at least one power value is an active power, a reactive power, a distortion reactive power or a total apparent power.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine präzise Bestimmung der Leistung ermöglicht ist. Somit kann in jeder Messung ein hoher Informationsgehalt erreicht werden, indem verschiedene Faktoren der Leistung zugänglich sind.This has the technical advantage that a precise determination of the power is possible. In this way, a high level of information can be achieved in every measurement by making various performance factors accessible.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein System zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung bereitgestellt, das eine Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung, zumindest einen Verbraucher, der über zumindest einen Spannungspfad mit der Spannungsquelle verbunden ist, eine Spannungsmesseinrichtung zur Messung der Versorgungsspannung an einem Spannungsmesspunkt auf dem Spannungspfad, zumindest eine Strommesseinrichtung zur Messung eines Versorgungsstroms des Verbrauchers an einem Strommesspunkt auf dem Spannungspfad, eine Prozessoreinheit zum Erstellen zumindest eines Leistungswerts, und einer Steuerungseinheit zum Ansteuern der Spannungsmesseinrichtung und der zumindest einen Strommesseinrichtung umfasst, wobei die Spannungsmesseinrichtung ausgebildet ist, Spannungsmesswerte der Versorgungsspannung aufzunehmen, um einen Spannungsverlauf der Versorgungsspannung zu bestimmen, die Spannungsmesswerte mit einer Analysefunktion zu analysieren, um Spannungskenngrößen des Spannungsverlaufs der Versorgungsspannung zu bestimmen, ein erstes Datenpaket zu erstellen, das die Spannungskenngrößen umfasst, und das erste Datenpaket an die zumindest eine Prozessoreinheit zu übermitteln, wobei die zumindest eine Strommesseinrichtung ausgebildet ist, Strommesswerte des Verbraucherstroms aufzunehmen, um einen Stromverlauf des Verbraucherstroms zu bestimmen, die Strommesswerte mit der Analysefunktion zu analysieren, um Stromkenngrößen des Stromverlaufs des Verbraucherstroms zu bestimmen, ein zweites Datenpaket zu erstellen, das die Stromkenngrößen umfasst, und das zweite Datenpaket an die zumindest eine Prozessoreinheit zu übermitteln, und wobei die zumindest eine Prozessoreinheit ausgebildet ist, zumindest einen Leistungswert unter Berücksichtigung der Spannungskenngrößen und/oder der Stromkenngrößen zu ermitteln.According to a second aspect of the invention, a system for distributed electrical power determination is provided which has a voltage source for providing a supply voltage, at least one consumer that is connected to the voltage source via at least one voltage path, a voltage measuring device for measuring the supply voltage at a voltage measuring point on the Voltage path, comprising at least one current measuring device for measuring a supply current of the consumer at a current measuring point on the voltage path, a processor unit for generating at least one power value, and a control unit for controlling the voltage measuring device and the at least one current measuring device, wherein the voltage measuring device is designed to record voltage measured values of the supply voltage to determine a voltage profile of the supply voltage, to analyze the measured voltage values with an analysis function to determine voltage parameters of the voltage profile of the supply voltage, to create a first data packet that includes the voltage parameters, and to transmit the first data packet to the at least one processor unit, wherein the at least one current measuring device is designed to record current measured values of the consumer current in order to determine a current profile of the consumer current, the current Analyze s values with the analysis function in order to determine current parameters of the current profile of the consumer current, to create a second data packet that includes the current parameters, and to transmit the second data packet to the at least one processor unit, and wherein the at least one processor unit is designed to have at least one To determine the power value taking into account the voltage parameters and / or the current parameters.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein effizientes System zur verteilten Leistungsbestimmung bereitgestellt werden kann.This has the technical advantage that an efficient system for distributed performance determination can be provided.
Die Spannungsmesseinrichtung und die zumindest eine Strommesseinrichtung nehmen an verschiedenen Orten im System Spannungsmesswerte für die Versorgungsspannung und Strommesswerte für den Verbraucherstrom auf. Damit können speziell bei Systemen mit einer Mehrzahl von Verbrauchern zusätzliche Spannungsmesseinrichtungen mit den damit verbundenen Verkabelungen eingespart werden, die bei einer Spannungs- und Strommessung an einem Ort für jeden der Verbraucher benötigt werden.The voltage measuring device and the at least one current measuring device record voltage measured values for the supply voltage and current measured values for the consumer current at different locations in the system. In this way, especially in systems with a plurality of consumers, additional voltage measuring devices with the associated cabling can be saved, which are required for a voltage and current measurement at one location for each of the consumers.
In den jeweiligen Spannungs- und Strommesseinrichtungen können die aufgenommenen Messwerte in Bezug auf bestimmte Kenngrößen analysiert werden. Die jeweiligen Spannungskenngrößen und Stromkenngrößen können in ersten Datenpaketen und zweiten Datenpaketen geordnet werden, wobei Spannungskenngrößen in ersten Datenpaketen und Stromkenngrößen in zweiten Datenpaketen zusammengeführt sind.The recorded measured values can be analyzed in relation to certain parameters in the respective voltage and current measuring devices. The respective voltage parameters and current parameters can be arranged in first data packets and second data packets, with voltage parameters being combined in first data packets and current parameters in second data packets.
Durch das Erstellen der Spannungskenngrößen und Stromkenngrößen und das Einordnen der Spannungskenngrößen und Stromkenngrößen in erste Datenpakete und zweite Datenpakete kann vermieden werden, dass zur Leistungsbestimmung ganze Sätze von Spannungsmesswerten und Strommesswerten übermittelt werden müssen.By creating the voltage parameters and current parameters and classifying the voltage parameters and current parameters in first data packets and second data packets, it can be avoided that whole sets of voltage measured values and current measured values have to be transmitted to determine the power.
Die ersten Datenpakete und/oder zweiten Datenpakete können von der Spannungsmesseinrichtung und/oder von der zumindest einen Strommesseinrichtung an eine Prozessoreinheit übermittelt werden, in der eine Leistungsbestimmung unter Berücksichtigung der Spannungskenngrößen und/oder Stromkenngrößen durchführbar ist.The first data packets and / or second data packets can be transmitted by the voltage measuring device and / or by the at least one current measuring device to a processor unit, in which a power determination can be carried out taking into account the voltage parameters and / or current parameters.
Die Prozessoreinheit ist ausgebildet, unter Berücksichtigung der Spannungskenngrößen und/oder Stromkenngrößen eine Bestimmung der jeweiligen Leistung durchzuführen.The processor unit is designed to determine the respective power while taking into account the voltage parameters and / or current parameters.
Hierzu kann die Prozessoreinheit die Spannungskenngrößen und die Stromkenngrößen zur Leistungsbestimmung berücksichtigen.For this purpose, the processor unit can take into account the voltage parameters and the current parameters for determining the power.
Die Prozessoreinheit kann ebenfalls eine Analyse mit der Analysefunktion von Spannungsmesswerten oder Strommesswerten durchführen, die zuvor nicht analysiert und nicht übermittelt wurden.The processor unit can also carry out an analysis with the analysis function of measured voltage values or measured current values that were not previously analyzed and not transmitted.
Die Prozessoreinheit kann ebenfalls eine Rücktransformation von Spannungskenngrößen oder Stromkenngrößen in die entsprechenden Spannungsmesswerte oder Strommesswerte durchführen. Hierzu verwendet die Prozessoreinheit die eindeutige Umkehrfunktion der Analysefunktion. In diesem Fall kann die Prozessoreinheit zur Bestimmung der Leistung die Spannungsmesswerte und die Strommesswerte berücksichtigen.The processor unit can likewise carry out an inverse transformation of voltage parameters or current parameters into the corresponding voltage measurement values or current measurement values. For this purpose, the processor unit uses the unique reverse function of the analysis function. In this case, the processor unit can take into account the measured voltage values and the measured current values to determine the power.
Nach einer Ausführungsform sind die Spannungsmesseinrichtung, die zumindest eine Strommesseinrichtung und die Prozessoreinheit ausgebildet, eine Spektralanalyse, insbesondere eine diskrete Fourier-Analyse, der Spannungsmesswerte und/oder der durchzuführen, ein Spannungsfrequenzspektrum der Versorgungsspannung auf Basis der Spektralanalyse der Spannungsmesswerte und/oder ein Stromfrequenzspektrum des Verbraucherstroms auf Basis der Spektralanalyse der Strommesswerte zu erstellen, das Spannungsfrequenzspektrum der Versorgungsspannung und/oder das Stromfrequenzspektrum des Verbraucherstroms auf Spannungsspektralwerte einer Spannungsgrundfrequenz und von ersten n Spannungsoberfrequenzen der Versorgungsspannung und/oder auf Stromspektralwerte einer Stromgrundfrequenz und von ersten n Stromoberfrequenzen des Verbraucherstroms zu reduzieren, und die Spannungsspektralwerte für Frequenzen der Spannungsgrundfrequenz und der ersten n Spannungsoberfrequenzen der Versorgungsspannung als Spannungskenngrößen und/oder die Stromspektralwerte für Frequenzen der Stromgrundfrequenz und der ersten n Stromoberfrequenzen des Verbraucherstroms als Stromkenngrößen zu identifizieren.According to one embodiment, the voltage measuring device, the at least one current measuring device and the processor unit are designed to perform a spectral analysis, in particular a discrete Fourier analysis, of the measured voltage values and / or a voltage frequency spectrum of the supply voltage based on the spectral analysis of the measured voltage values and / or a current frequency spectrum of the To create consumer current based on the spectral analysis of the current measured values, to reduce the voltage frequency spectrum of the supply voltage and / or the current frequency spectrum of the consumer current to voltage spectral values of a voltage base frequency and of first n voltage harmonics of the supply voltage and / or to current spectrum values of a current fundamental frequency and of first n current harmonics of the consumer current, and the voltage spectral values for frequencies of the basic voltage frequency and the first n upper voltage frequencies of the supply voltage as a voltage curve sizes and / or the To identify current spectral values for frequencies of the current base frequency and the first n current upper frequencies of the consumer current as current parameters.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass mit dem System eine Spektralanalyse der Versorgungsspannung und/oder des Verbraucherstroms vorgenommen werden kann, und auf diese Weise die Versorgungsspannung und/oder der Verbraucherstrom anteilsmäßig in jeweils eine Grundfrequenz und bis zu n Oberfrequenzen aufgeteilt werden kann.This has the technical advantage that the system can be used to perform a spectral analysis of the supply voltage and / or the consumer current, and in this way the supply voltage and / or the consumer current can be divided proportionally into a base frequency and up to n upper frequencies.
Durch die Spektralanalyse kann neben dem Vorteil einer Reduzierung des Datenvolumens der zu übermittelnden Datenpakete durch die Übermittlung der Spektralwerte für die Grund- und Oberfrequenzen statt der Spannungsmesswerte und/oder Strommesswerte durch die Aufspaltung der Versorgungsspannung und/oder des Verbraucherstroms in Grund- und Oberfrequenzen eine detaillierte Bestimmung verschiedener Spannungswerte und Stromwerte erreicht werden.In addition to the advantage of reducing the data volume of the data packets to be transmitted by transmitting the spectral values for the fundamental and harmonic frequencies instead of the measured voltage values and / or measured current values by splitting the supply voltage and / or the consumer current into fundamental and harmonic frequencies, the spectral analysis can provide a detailed Determination of various voltage values and current values can be achieved.
Beispielsweise können neben der Scheinleistung auch die Wirkleistung, die Blindleistung oder die Verzerrungsblindleistung bestimmt werden. Hierdurch ist es ermöglicht, den Einfluss der Oberfrequenzen der Versorgungsspannung und des Verbraucherstroms zu betrachten. Somit können Fehler, die beispielsweise bei einer Bestimmung der Leistung auf Basis von Effektivwerten für Strom und Spannung, bei der ein Einfluss von Oberfrequenzen vernachlässigt wird, vermieden werden.For example, in addition to the apparent power, the real power, the reactive power or the distortion reactive power can also be determined. This makes it possible to consider the influence of the upper frequencies of the supply voltage and the consumer current. In this way, errors that occur, for example, when determining the power on the basis of effective values for current and voltage, in which the influence of harmonics is neglected, can be avoided.
Nach einer Ausführungsform sind die Spannungsmesseinrichtung, die zumindest eine Strommesseinrichtung und die Prozessoreinheit ausgebildet, einen Anpassungsprozess einer Anpassungsfunktion an die Spannungsmesswerte und/oder die Strommesswerte durchzuführen, Spannungsparameter und/oder Stromparameter der Anpassungsfunktion zu bestimmen, und die Spannungsparameter der Anpassungsfunktion als Spannungskenngrößen und/oder die Stromparameter der Anpassungsfunktion als Stromkenngrößen zu identifizieren.According to one embodiment, the voltage measuring device, the at least one current measuring device and the processor unit are designed to carry out an adaptation process of an adaptation function to the measured voltage values and / or the measured current values, to determine voltage parameters and / or current parameters of the adaptation function, and to determine the voltage parameters of the adaptation function as voltage parameters and / or identify the current parameters of the adaptation function as current parameters.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine einfache Analyse der Spannungsmesswerte der Versorgungsspannung und/oder der Strommesswerte des Verbraucherstroms bereitgestellt werden kann.This has the technical advantage that a simple analysis of the measured voltage values of the supply voltage and / or the measured current values of the consumer current can be provided.
Nach einer Ausführungsform umfasst das System ferner zumindest eine Kommunikationsverbindung zwischen der Spannungsmesseinrichtung und der zumindest einen Prozessoreinheit und/oder der zumindest einen Strommesseinrichtung und der zumindest einen Prozessoreinheit zum Übermitteln des ersten Datenpakets von der Spannungsmesseinrichtung an die zumindest eine Prozessoreinheit und/oder des zweiten Datenpakets von der zumindest einen Strommesseinrichtung an die zumindest eine Prozessoreinheit.According to one embodiment, the system further comprises at least one communication connection between the voltage measuring device and the at least one processor unit and / or the at least one current measuring device and the at least one processor unit for transmitting the first data packet from the voltage measuring device to the at least one processor unit and / or the second data packet from the at least one current measuring device to the at least one processor unit.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass die ersten und/oder zweiten Datenpakete zwischen der Spannungsmesseinrichtung, der zumindest einen Strommesseinrichtung und/oder der einer externen Prozesseinheit übermittelt werden können.This has the technical advantage that the first and / or second data packets can be transmitted between the voltage measuring device, the at least one current measuring device and / or that of an external process unit.
Nach einer Ausführungsform ist die zumindest eine Prozessoreinheit in der Spannungsmesseinrichtung und/oder in der zumindest einen Strommesseinrichtung ausgebildet oder eine externe Prozessoreinheit.According to one embodiment, the at least one processor unit is formed in the voltage measuring device and / or in the at least one current measuring device or an external processor unit.
Hierdurch wird erreicht, dass die Leistungsbestimmung sowohl in der Spannungsmesseinrichtung, in der zumindest einen Strommesseinrichtung oder in einer externen Prozessoreinheit durchgeführt werden kann.This ensures that the power can be determined both in the voltage measuring device, in the at least one current measuring device, or in an external processor unit.
Hierdurch wird der technische Vorteil einer hohen Flexibilität erreicht. Die Bestimmung der Leistung kann in der zumindest einen Strommesseinrichtung durchgeführt werden, hierzu müssen die Spannungskenngrößen von der Spannungsmesseinrichtung zur Strommesseinrichtung übertragen werden.This achieves the technical advantage of high flexibility. The determination of the power can be carried out in the at least one current measuring device; for this purpose, the voltage parameters must be transmitted from the voltage measuring device to the current measuring device.
Die Leistungsbestimmung kann auch in der Spannungsmesseinrichtung vorgenommen werden. Dies wiederum setzt voraus, dass die Stromkenngrößen von der zumindest einen Strommesseinrichtung zur Spannungsmesseinrichtung übertragen werden.The power can also be determined in the voltage measuring device. This in turn presupposes that the current parameters are transmitted from the at least one current measuring device to the voltage measuring device.
Bei der Bestimmung der Leistung in der Spannungsmesseinrichtung oder der zumindest einen Strommesseinrichtung müssen entweder die Spannungskenngrößen und die Stromkenngrößen oder die Spannungsmesswerte und die Strommesswerte vorliegen.When determining the power in the voltage measuring device or the at least one current measuring device, either the voltage parameters and the current parameters or the voltage measured values and the current measured values must be available.
Für den Fall, dass nur ein Datensatz übermittelt werden musste, weil die Prozessoreinheit in der Spannungsmesseinrichtung oder der Strommesseinrichtung ausgebildet ist, und somit nur die Spannungsmesswerte oder die Strommesswerte in die entsprechenden Spannungskenngrößen oder die Stromkenngrößen umgewandelt wurden, müssen zur Bestimmung der Leistung durch die Prozessoreinheit aus den jeweils bis dato nichtanalysierten Spannungsmesswerten oder Strommesswerten entsprechende Spannungskenngrößen oder Stromkenngrößen bestimmt werden.In the event that only one data set had to be transmitted because the processor unit is embodied in the voltage measuring device or the current measuring device, and thus only the measured voltage values or the measured current values were converted into the corresponding voltage parameters or the current parameters, the processor unit has to determine the power corresponding voltage parameters or current parameters are determined from the voltage measured values or current measured values that have not been analyzed to date.
Alternativ ist auch eine Rücktransformation der Spannungskenngrößen oder Stromkenngrößen durch die Prozessoreinheit möglich, sodass die Leistungsbestimmung auf Basis der Spannungsmesswerte und der Strommesswerte durchgeführt werden kann.Alternatively, an inverse transformation of the voltage parameters or current parameters is also possible by the processor unit, so that the power can be determined on the basis of the Voltage measured values and the current measured values can be carried out.
Die Prozessoreinheit ist ausgebildet die Spannungskenngrößen und/oder Stromkenngrößen aus den Spannungs- und/oder Strommesswerten zu erstellen. Die Prozessoreinheit ist ebenfalls ausgebildet, eine Rücktransformation der Spannungskenngrößen und/oder Stromkenngrößen in die entsprechenden Spannungsmesswerte und/oder Strommesswerte durchzuführen.The processor unit is designed to create the voltage parameters and / or current parameters from the voltage and / or current measured values. The processor unit is also designed to carry out an inverse transformation of the voltage parameters and / or current parameters into the corresponding voltage measurement values and / or current measurement values.
Alternativ kann die Leistungsbestimmung auch in einer externen Prozessoreinheit durchgeführt werden. Hierzu müssen sowohl die Spannungskenngrößen von der Spannungsmesseinrichtung als auch die Stromkenngrößen von der zumindest einen Strommesseinrichtung an die externe Prozessoreinheit übermittelt werden.Alternatively, the performance determination can also be carried out in an external processor unit. For this purpose, both the voltage parameters from the voltage measuring device and the current parameters from the at least one current measuring device must be transmitted to the external processor unit.
Nach einer Ausführungsform ist die Kommunikationsverbindung des Systems ein Bussystem, bei dem Informationen der Spannungsmesseinrichtung und der zumindest einen Strommesseinrichtung von der zumindest einen Strommesseinrichtung gelesen werden kann, oder ein zentralisierten Master-Slave System, bei dem die Information der Spannungsmesseinrichtung über einen zentralen Master an die zumindest eine Strommesseinrichtung gesendet wird.According to one embodiment, the communication link of the system is a bus system in which information from the voltage measuring device and the at least one current measuring device can be read by the at least one current measuring device, or a centralized master-slave system in which the information from the voltage measuring device is sent to the at least one current measuring device is sent.
Hierdurch wird der technische Vorteil einer verlässlichen und schnellen Datenübertragung erreicht.This has the technical advantage of reliable and fast data transmission.
Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Spannungsmesseinrichtung und die zumindest eine Strommesseinrichtung zueinander synchronisierbar, wobei die Spannungsmesseinrichtung und die zumindest eine Strommesseinrichtung hierzu jeweils eine lokale individuelle Zeitbestimmung aufweisen, und wobei die lokalen individuellen Zeitbestimmungen der Spannungsmesseinrichtung und der zumindest einen Strommesseinrichtung auf eine globale Referenzzeit des Systems abstimmbar sind.According to a further embodiment, the voltage measuring device and the at least one current measuring device can be synchronized with one another, the voltage measuring device and the at least one current measuring device each having a local individual time determination for this purpose, and the local individual time determinations of the voltage measuring device and the at least one current measuring device being based on a global reference time of the system are tunable.
Hierdurch kann gewährleistet werden, dass trotz der Messungen der Versorgungsspannung durch die Spannungsmesseinrichtung und des Verbraucherstroms durch die zumindest eine Strommesseinrichtung an verschiedenen Stellen im System beide Messungen zeitlich aufeinander abgestimmt werden können, um so ein aussagekräftiges Ergebnis für die Leistungsbestimmung auf Basis der Messergebnisse für Spannung und Strom der Spannungsmesseinrichtung und der Strommesseinrichtung zu erzielen.This ensures that, despite the measurements of the supply voltage by the voltage measuring device and the consumer current by the at least one current measuring device at different points in the system, both measurements can be coordinated with one another in terms of time, in order to obtain a meaningful result for the power determination based on the measurement results for voltage and To achieve current of the voltage measuring device and the current measuring device.
Nach einer Ausführungsform umfasst das System eine Mehrzahl von Verbrauchern, die jeweils mit der Spannungsquelle verbunden sind.According to one embodiment, the system comprises a plurality of loads that are each connected to the voltage source.
Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass eine verteilte Leistungsbestimmung für eine Mehrzahl von Verbrauchern erreicht wird.This has the technical advantage that a distributed power determination is achieved for a plurality of consumers.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm bereitgestellt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer oder die Steuerungseinheit diese veranlassen, ein Verfahren zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung auszuführen.According to a third aspect of the invention, a computer program is provided, comprising instructions which, when the computer program is executed by a computer or the control unit, cause the computer or the control unit to execute a method for the distributed determination of electrical power.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das erfindungsgemäß Computerprogramm gespeichert ist.According to a fourth aspect of the invention, a machine-readable storage medium is provided on which the computer program according to the invention is stored.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsformen näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
3 eine schematische Abbildung einer Spektralanalyse des Verfahrens zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
4 eine schematische Abbildung einer Versorgungsspannung und eines Verbraucherstroms des Verfahrens zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
5 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
6 eine schematische Abbildung eines Systems zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung gemäß einer Ausführungsform; -
7 eine schematische Abbildung eines Ethernet-Netzwerkaufbaus mit einem Ethernet-Koppler und einer Spannungsmesseinrichtung und zumindest einer Strommesseinrichtung, die ringförmig an den Ethernet-Koppler angeschlossen sind und die eine Verarbeitung eines Ethernet-Telegramms im Durchlauf ausführen, gemäß einer Ausführungsform; -
8 eine schematische Abbildung des Ethernet-Netzwerkbaus in7 gemäß einer weiteren Ausführungsform; -
9 eine schematische Abbildung eines ersten Datenpakets des Verfahrens zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung gemäß einer weiteren Ausführungsform; und -
10 eine schematische Abbildung eines Speichermediums mit einem Computerprogramm zur Ausführung des Verfahrens zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung.
-
1 a flowchart of a method for distributed electrical power determination according to a first embodiment; -
2 a flowchart of the method for distributed electrical power determination according to a further embodiment; -
3 a schematic illustration of a spectral analysis of the method for distributed electrical power determination according to a further embodiment; -
4th a schematic illustration of a supply voltage and a consumer current of the method for distributed electrical power determination according to a further embodiment; -
5 a flowchart of the method for distributed electrical power determination according to a further embodiment; -
6 a schematic illustration of a system for distributed electrical power determination according to an embodiment; -
7th a schematic illustration of an Ethernet network structure with an Ethernet coupler and a voltage measuring device and at least one current measuring device, which are connected in a ring to the Ethernet coupler and which execute processing of an Ethernet telegram in transit, according to one embodiment; -
8th a schematic illustration of the Ethernet network structure in7th according to a further embodiment; -
9 a schematic illustration of a first data packet of the method for distributed electrical power determination according to a further embodiment; and -
10 a schematic illustration of a storage medium with a computer program for executing the method for distributed electrical power determination.
Der Verbraucher
Gemäß
Zur verteilten Bestimmung einer elektrischen Leistung von zumindest einem elektrischen Verbraucher
In dem Strommessschritt
Zur verteilten elektrischen Leistungsbestimmung werden somit an zwei räumlich voneinander getrennten Messpunkten Spannungs- und Strommessungen durchgeführt.For the distributed determination of electrical power, voltage and current measurements are carried out at two spatially separated measuring points.
Die Aufnahme der Spannungsmesswerte
Durch die Aufnahme der Spannungsmesswerte
Nach Aufnahme der Spannungsmesswerte
Es können die Spannungsmesswerte
Die Analyse der Spannungsmesswerte
Die Analyse der Spannungsmesswerte
Spannungskenngrößen AFPU und Stromkenngrößen AFPI können hierbei beispielsweise Parameter der Analysefunktion
Die Analysefunktion
Die durch die jeweiligen Analysen im Analyseschritt
Die Wahl der Parameter kann von der Wahl der Analysefunktion
Die Spannungskenngrößen AFPU und Stromkenngrößen AFPI sind aber nicht auf Parameter der Analysefunktion
Die Anzahl und die technische Bedeutung der Spannungskenngrößen AFPU und der Stromkenngrößen AFPI hängen direkt mit der Wahl der Analysefunktion
Nach Analyse der Spannungsmesswerte
Hierzu werden wenigstens die Spannungskenngrößen AFPU von der Spannungsmesseinrichtung
Vorzugsweise werden im Analyseschritt
Die Prozessoreinheit
Die Prozessoreinheit
Abweichend kann die Prozessoreinheit
In dem Leitungswertermittlungsschritt
Für den Fall, dass die Prozessoreinheit
Ist die Prozessoreinheit
Für den Fall, dass die Prozessoreinheit
Die Ermittlung des zumindest einen Leistungswerts L durch die Prozessoreinheit
Hierzu können beispielsweise die Spannungskenngrößen AFPU und die Stromkenngrößen AFPI miteinander multipliziert werden. Die Art und Weise der Bestimmung des zumindest einen Leistungswerts L kann aber von der Wahl der Spannungskenngrößen AFPU und der Stromkenngrößen AFPI abhängig sein.For this purpose, for example, the voltage parameters AFPU and the current parameters AFPI can be multiplied with one another. The way in which the at least one power value L is determined can, however, depend on the choice of the voltage parameters AFPU and the current parameters AFPI.
Alternativ kann auch eine Rücktransformation der übertragenen Spannungskenngrößen AFPU oder Stromkenngrößen AFPI in die entsprechenden Spannungsmesswerte
Ist beispielsweise die Prozessoreinheit
Die Ermittlung des zumindest einen Leistungswerts L findet dann auf Basis der Spannungsmesswerte
Eine Rücktransformation von Spannungskenngrößen AFPU oder Stromkenngrößen AFPI in entsprechende Spannungsmesswerte
Für den Fall, dass die Prozessoreinheit
Die Ermittlung des zumindest einen Leistungswerst L kann somit auf Basis der übermittelten Spannungskenngrößen AFPU und der Stromkenngrößen AFPI durchgeführt werden.The determination of the at least one power value L can thus be based on the transmitted Voltage parameters AFPU and the current parameters AFPI are carried out.
Alternativ können aber auch Rücktransformationen der Spannungskenngrößen AFPU und Stromkenngrößen AFPI in die entsprechenden Spannungsmesswerte
Sofern nicht anderslautend beschrieben, umfasst das Verfahren
Gemäß
Das Ziel der Synchronisation der Spannungsmesseinrichtung
Zur Synchronisation gemäß dem Synchronisationsschritt
Die lokalen Uhren der Spannungsmesseinrichtung
Alternativ kann auch eine der lokalen Uhren der Spannungsmesseinrichtung
Hierzu können beispielsweise von der Referenzuhr Zeitsignale an die lokalen Uhren gesendet werden, mittels derer die lokalen Uhren die lokal bestimmte Zeit in Relation zur Referenzzeit setzen können.For this purpose, for example, time signals can be sent from the reference clock to the local clocks, by means of which the local clocks can set the locally determined time in relation to the reference time.
Gemäß
Die Spektralanalyse der Spannungsmesswerte
Die Fourier-Analyse, insbesondere die diskrete Fouriertransformation, der Spannungsmesswerte
Ferner erlaubt die Fourier-Analyse, insbesondere die diskrete Fouriertransformation, eine Bestimmung der jeweiligen periodischen Bestandteile mit Spannungsgrundfrequenz
Hierzu lassen sich aus der Fourier-Analyse Spannungsspektralwerte
Die Spannungsspektralwerte
Darüber hinaus lassen sich Spannungsphasenwinkel ΦU1,...,ΦUn der Spannungsoberfrequenzen
Für eine nähere Beschreibung der Durchführung einer Fourier-Analyse beziehungsweise einer diskreten FourierTransformation wird auf entsprechende Ausführungen aus dem Stand der Technik verwiesen.For a more detailed description of the implementation of a Fourier analysis or a discrete Fourier transformation, reference is made to corresponding statements from the prior art.
In der beschriebenen Ausführungsform kann beispielsweise die Handlungsvorschrift der diskreten Fouriertransformation die Analysefunktion
In einem Spektrumerstellungsschritt
In dem jeweiligen Spannungsfrequenzspektrum
Die Versorgungsspannung U oder der Verbraucherstrom I können über eine Linearkombination von Sinus- oder Kosinus-Funktionen der im jeweiligen Spannungsfrequenzspektrum
In einer Fourier-Analyse wird eine derartige Linearkombination durch eine entsprechende Fourier-Reihe dargestellt.In a Fourier analysis, such a linear combination is represented by a corresponding Fourier series.
In einem Reduktionsschritt
Der Spannungsgleichanteil SDUn+1 und der Stromgleichanteil SDIn+1 stellen hierbei das arithmetische Mittel der periodischen Versorgungsspannung U und des periodischen Verbraucherstroms I dar.The direct voltage component SDU n + 1 and the direct current component SDI n + 1 represent the arithmetic mean of the periodic supply voltage U and the periodic consumer current I.
Die Spannungsgrundfrequenz
Die Bestandteile der Spannungsgrundfrequenz
Darüber hinaus werden Spannungsphasenwinkel ΦU1, ..., ΦUn der ersten n Oberschwingungen mit den ermittelten Spannungsoberfrequenzen
In einem Spektralwertidentifikationsschritt
Zusätzlich werden der Spannungsgleichanteil SDUn+1 als weitere Spannungskenngröße AFPU und der Stromgleichanteil SDIn+1 als weitere Stromkenngröße AFPI identifiziert.In addition, the direct voltage component SDU n + 1 is identified as a further characteristic voltage AFPU and the direct current component SDI n + 1 as a further characteristic current AFPI.
Mittels der wie oben beschriebenen Linearkombinationen von Sinus- oder Kosinus-Funktionen der Spannungsgrundfrequenz
Die Anzahl der Spannungsoberfrequenzen
Nach Identifikation der Spannungsspektralwerte
Abhängig davon, welche der Spannungsmesswerte
Nach erfolgreicher Bestimmung der Spannungskenngrößen AFPU oder Stromkenngrößen AFPI durch die Analyse der bis dahin nichtanalysierten Spannungsmesswerte
Sind beispielsweise im Analyseschritt
Sind im Analyseschritt
Sind im Analyseschritt
Hierzu lassen sich beispielsweise die Spannungskenngrößen AFPU, insbesondere die Spannungsspektralwerte
Analog lassen sich die Stromkenngrößen AFPI, insbesondere die Stromspektralwerte SDI0,..., SDIn der Stromgrundfrequenz I0 und Stromoberfrequenzen I1,..., In, und der Stromgleichanteil SDIn+1 zu einem Stromvektor I zusammenfassen, der die Stromspektralwerte der Stromgrundfrequenz I0 und der ersten n Stromoberfrequenzen I1,..., In und den Stromgleichanteil SDIn+1 des Verbraucherstroms I umfasst.
Aus den beiden Spannungsvektor U und Stromvektor I lässt sich im Folgenden eine Matrix S der Scheinleistung S erstellen, wobei I* den komplex konjugierten Stromvektor I der Stromkenngrößen AFPI beziehungsweise der Harmonischen, sprich der Stromgrundfrequenz I0 und der ersten n Stromoberfrequenzen I1,..., In, des Versorgungsstroms I bezeichnet.
Hieraus lassen sich sowohl die Wirkleistung P, die Blindleistung Q als auch die Verzerrungsblindleistung D bestimmen.From this, both the active power P, the reactive power Q and the distortion reactive power D can be determined.
Die Wirkleistung P ergibt sich aus Summation der Realteile der Diagonale der Matrix S der Scheinleistung, für die die Matrixeinträge
Die analoge Summation der Imaginärteile der Diagonaleinträge mit identischen Indizes für
Die Verzerrungsblindleistung D ergibt sich hingegen über eine Summation aller weiteren Matrixeinträge, für die die Indizes für
Die Gesamtscheinleistung S erfolgt aus einer Summation der Quadrate der Wirkleitung P, der Blindleistung Q und der Verzerrungsblindleistung D.
Die Analyse der Spannungsmesswerte
Alternativ ist im Leistungswertermittlungsschritt
Eine derartige Rücktransformation kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass eine entsprechende Fourier-Rücktransformation der ermittelten Spannungsspektralwerte
Eine Ermittlung des zumindest einen Leistungswerts L ist dann unter Berücksichtigung der so erhaltenen Spannungsmesswerte
In einer Ausführungsform kann die diskrete Fouriertransformation als eine schnelle Fouriertransformation durchgeführt werden.In one embodiment, the discrete Fourier transform can be performed as a fast Fourier transform.
Unter Berücksichtigung der
In dem Versorgungsspannung U gegen Zeit
Der dargestellte Spannungsverlauf
Mittels der Spektralanalyse gemäß dem Spektralanalyseschritt
Dies ist für die Spannungsgrundfrequenz
In Diagramm b), in dem Spannungsspektralwerte
Die einzelnen Bestandteile zur Versorgungspannung U sind in Diagramm b) anteilsmäßig nach ihrer jeweiligen Frequenz aufgetragen. Die drei in Diagramm b) als Peaks dargestellten Spannungsspektralwerte
Der Spannungsgleichanteil SDUn+1 entspricht diesbezüglich einem konstanten Offset der Versorgungsspannung U gegenüber der Y-Achse.The DC voltage component SDU n + 1 corresponds in this regard to a constant offset of the supply voltage U with respect to the Y-axis.
Bei der Reduktion des Spannungsfrequenzspektrums
Bei der Identifikation der Spannungsspektralwerte
Dargestellt sind ein Spannungs-Zeit-Diagramm, in dem ein zeitlicher Spannungsverlauf
Sowohl die Versorgungsspannung U als auch der Verbraucherstrom I sind zur Vereinfachung der Illustration als reine Sinusspannung und reiner Sinusstrom dargestellt. In der Realität können natürlich sowohl die Versorgungsspannung U als auch der Verbraucherstrom I deutlich von einer reinen Sinusspannung oder einem reinen Sinusstrom abweichen.To simplify the illustration, both the supply voltage U and the consumer current I are shown as pure sine voltage and pure sine current. In reality, both the supply voltage U and the consumer current I can of course deviate significantly from a pure sinusoidal voltage or a pure sinusoidal current.
Weiter ist im Spannungs-Zeit-Diagramm ein erstes Zeitintervall T1 mit einem ersten Startzeitpunkt
Das Strom-Zeit-Diagramm weist ein analoges zweites Zeitintervall T2 mit einem zweiten Startzeitpunkt
Das erste Zeitintervall T1 und das zweite Zeitintervall T2 sind gleichlang und beschreiben damit eine identische Zeitspanne, in der Spannungsesswerte
Das erste Zeitintervall T1 und das zweite Zeitintervall T2 sind jedoch zeitlich zueinander verschoben und weisen unterschiedliche Startzeitpunkte
Über die Synchronisation gemäß dem Synchronisationsschritt
Für den Fall, dass beispielsweise die lokale Uhr der Spannungsmesseinrichtung
Sofern nicht anderslautend beschrieben, umfasst das Verfahren
Gemäß
Ein Anpassungsprozess kann ein Prozess sein, in dem durch Variation entsprechender Parameter einer mathematischen Anpassungsfunktion diese an die zu analysierenden Spannungsmesswerte
Bei der Anpassung wird für die Spannungsmesswerte
Die Anpassung der Anpassungsfunktion an die Spannungsmesswerte
Die Spannungsparameter
Die Art der Parameter, die zur Anpassung der Anpassungsfunktion an die Spannungsmesswerte
Bei erfolgreicher Anpassung der Anpassungsfunktion an die Spannungsmesswerte
In dem darauffolgenden Leistungswertermittlungsschritt
Sind im Analyseschritt
Nach erfolgreicher Bestimmung der Spannungskenngrößen AFPU oder Stromkenngrößen AFPI durch die Analyse der bis dahin nichtanalysierten Spannungsmesswerte
Alternativ können auch die im Analyseschritt
Eine derartige Rücktransformation kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass in die angepasste Anpassungsfunktion, in die die Spannungsparameter
Sind im Analyseschritt
Eine Leistungsbestimmung des zumindest einen Leistungswerts L ist dann unter Berücksichtigung der so erhaltenen Spannungsmesswerte
Gemäß
Die Spannungsmesseinrichtung
Ferner ist die Spannungsmesseinrichtung
Die zumindest eine Strommesseinrichtung
Darüber hinaus ist die Strommesseinrichtung
Die zumindest eine Prozessoreinheit
Das System
Die Steuerungseinheit
In
In
In der Ausführungsform in
Es ist jedoch auch denkbar, den Prozessor
Die eine Spannungsmesseinrichtung
Dieses erste Datenpaket DPI kann beispielweise in ein Busprotokoll eines Bussystems eingebunden sein. Beispielsweise kann ein solches Busprotokoll durch ein Ethernet-Telegramm
Zu einer verteilten Leistungsbestimmung von zumindest einem Leistungswert L nimmt die Spannungsmesseinrichtung
Die Strommesseinrichtungen
Die Spannungsmesspunkte
Darauffolgend analysiert die Spannungsmesseinrichtung
Beispielsweise kann die Spannungsmesseinrichtung
Alternativ kann die Spannungsmesseinrichtung
Darauffolgend erstellt die Spannungsmesseinrichtung
Die Strommesseinrichtungen
Alternativ können die Strommesseinrichtungen
Ebenfalls möglich ist eine Rücktransformation der im ersten Datenpaket DPI an die Strommesseinrichtungen
Zur Synchronisation der Spannungsmesseinrichtung
Die Synchronisation kann gemäß dem Synchronisationsschritt
Beispielsweise kann auch eine der lokalen Uhren der Spannungsmesseinrichtung
Für das in
Zur Synchronisation kann von der Spannungsmesseinrichtung
Die Datenübertragung der ersten Datenpakete DPI und/oder zweiten Datenpakete
Wie bereits oben erwähnt können die Steuerungseinheit
Bei Ethernet-Netzwerken sind die Mehrzahl von Teilnehmern, auch Knoten genannt, über ein gemeinsames Übertragungsmedium miteinander verbunden, wobei eine Verkapselung der zu übermittelnden Daten in sogenannten Ethernet-Datenpaketen, im Weiteren auch als Ethernet-Telegramme bezeichnet, mit einem vorgegebenen Format vorgenommen wird.In Ethernet networks, the majority of participants, also known as nodes, are connected to one another via a common transmission medium, with the data to be transmitted being encapsulated in so-called Ethernet data packets, also referred to below as Ethernet telegrams, with a predetermined format.
Das Ethernet besteht aus drei Bereichen, dem Übertragungsmedium und den Netzwerk-Schnittstellen, d. h. der Hardware, der Menge von Protokollen, die den Zugriff auf das Übertragungsmedium steuern, und der Ethernet-Paketform. Das Ethernet stellt dabei grundsätzlich ein Busnetz dar, wobei beliebige Netzwerktopologien, z.B. Stern-, Bus- oder Baumnetze verwendet werden können.The Ethernet consists of three areas, the transmission medium and the network interfaces, i. H. the hardware, the set of protocols that control access to the transmission medium, and the Ethernet packet form. The Ethernet basically represents a bus network, with any network topologies, e.g. Star, bus or tree networks can be used.
Die Ethernet-Datenübertragung findet üblicherweise mithilfe des CSMA/CD-Zugriffsverfahrens statt, bei dem eine Datenübertragung nur durchgeführt wird, wenn das Netz ruhig ist, sprich zu diesem Zeitpunkt keine weiteren Daten übertragen werden. Darüber hinaus ist ein Kollisionsverhinderungsmechanismus vorgesehen.Ethernet data transmission usually takes place with the aid of the CSMA / CD access method, in which data transmission is only carried out when the network is quiet, i.e. no further data is being transmitted at this point in time. A collision avoidance mechanism is also provided.
Das Ethernet-Datenpaket selbst kann dabei eine Datenlänge von bis zu 1500 Bytes aufweisen, wobei die Daten mittels Header und Trailer, die eine Anfangskennung, die Ziel- und Quelladresse, den Datenpakettyp und den Fehlererkennungsmechanismus angeben, verkapselt sind.The Ethernet data packet itself can have a data length of up to 1500 bytes, with the data being encapsulated by means of headers and trailers that specify an initial identifier, the destination and source address, the data packet type and the error detection mechanism.
Das Ethernet hat sich als Kommunikationsstandard für Netzwerksysteme vor allem in der Bürokommunikation durchgesetzt, da Standard-Hardware-Komponenten und -Software-Protokolle genutzt werden können und darüber hinaus hohe Datenübertragungsraten möglich sind. Aus diesem Grund ist es auch wünschenswert, den Ethernet-Standard in industrieller Umgebung bei der Datenübertragung, insbesondere von Steuerungsaufgaben nutzen zu können.Ethernet has established itself as the communication standard for network systems, especially in office communication, since standard hardware components and software protocols can be used and, in addition, high data transmission rates are possible. For this reason, it is also desirable to be able to use the Ethernet standard in an industrial environment for data transmission, in particular for control tasks.
Das wesentliche Problem besteht hierbei in der mangelnden Echtzeitfähigkeit des Ethernet-Standards, so dass Automatisierungsaufgaben mit Echtzeitanwendungen in der Regel von Ethernet-Kommunikationsnetzen getrennt in eigenständigen Steuerungsbaugruppen, sogenannten Feldbussystemen, durchgeführt werden.The main problem here is the lack of real-time capability of the Ethernet standard, so that automation tasks with real-time applications are usually carried out separately from Ethernet communication networks in independent control assemblies, so-called field bus systems.
Um den Ethernet-Standard und ein entsprechend ausgelegtes Netzwerk auf einfache und kostengünstige Weise auch zur Ausführung von Automatisierungsaufgaben, insbesondere solche, bei denen die einzelnen, an der Steuerung beteiligten Teilnehmer, Prozessdaten von nur wenigen Bytes benötigen, verwenden zu können, kann ein Netzwerkaufbau realisiert werden, bei dem ein zusätzlicher Netzwerk-Koppler, im weiteren auch Ethernet-Koppler bezeichnet, vorgesehen ist, der eine externe Schnittstelle zur Anbindung an ein Ethernet-Netzwerk aufweist. A network structure can be implemented in order to be able to use the Ethernet standard and a correspondingly designed network in a simple and inexpensive way also for the execution of automation tasks, especially those in which the individual participants involved in the control only need process data of a few bytes in which an additional network coupler, hereinafter also referred to as Ethernet coupler, is provided, which has an external interface for connection to an Ethernet network.
Das Ethernet-Klemmensystem
Die Spannungsmesseinrichtungsklemme
Der Ethernet-Koppler
Mittels des Ethernet-Kopplers
Zur Steuerung der Spannungsmesseinrichtung
Der Ethernet-Koppler
In der in
Die externe Schnittstelle
Mittels der Empfangseinheit RX der externen Schnittstelle
Die Spannungsmesseinrichtungsklemme
Das vom Ethernet-Koppler
Die Spannungsmesseinrichtungsklemme
Beispielsweise entnimmt die Spannungsmesseinrichtungsklemme
Beispielsweise können diese Spannungskenngrößen AFPU bereits in erste Datenpakete DPI in das Ethernet-Telegramm
Darauffolgend fügt die Spannungsmesseinrichtungsklemme
Das Auslesen und das Einfügen der Daten ist durch die Pfeile zwischen der Spannungsmesseinrichtungsklemme
Darauffolgend sendet die Spannungsmesseinrichtungsklemme
Die Übertragungsrichtung ist durch die Pfeile entlang des internen Datenbusses
The direction of transmission is indicated by the arrows along the
Die Strommesseinrichtungsklemme
Die Strommesseinrichtungsklemme
Das Auslesen und das Einfügen der Daten ist durch die Pfeile zwischen der Strommesseinrichtungsklemme
Darauffolgend sendet die Strommesseinrichtungsklemme
Das obere und das untere Ethernet-Telegramm
Das oben beschriebene Ethernet-Telegramm
The Ethernet telegram described above
Der zwischen dem Header und dem Trailer vorgesehene Datenbereich enthält die für die Steuerungsaufgabe notwendigen Prozessdaten, die vorzugsweise ein gesamtes Prozessabbild wiedergeben. Diese Prozessdaten sind wiederum vorzugsweise in für die einzelnen Teilnehmer der Steuerungsaufgabe erforderlichen Datenblöcken für die Spannungsmesseinrichtungsklemme
Die Prozessdaten können Anweisungen an die jeweiligen Teilnehmer umfassen, bestimmte Prozessschritte durchzuführen. Beispielsweise können die Prozessdaten Anweisungen an die Spannungsmesseinrichtung
Auch können die Prozessdaten bereits erstellte Spannungskenngrößen AFPU und/oder Stromkenngrößen AFPI zur Übermittlung zwischen der Spannungsmesseinrichtung
In
Im Unterschied zu
In
Jedoch findet ein Auslesen des Ethernet-Telegramms
Das Auslesen und Einfügen ist durch die Pfeile zum oberen Ethernet-Telegramm
Auf der Rückrichtung findet keine Abarbeitung des Ethernet-Telegramms
Sofern in dem Ethernet-Klemmensystem
If in the
Zur Übermittlung der in der Spannungsmesseinrichtung
Zur Übermittlung können die ersten Datenpakete DPI und/oder zweiten Datenpakete
In
Gemäß
In
In der Ausführungsform in
Bei einer Analyse der Spannungsmesswerte
Der erste Datenabschnitt
Die Kanalnummer
Der Zeitstempel
Mit der Kanalnummer
Der zweite Datenabschnitt
Der dritte Datenabschnitt
Der vierte Datenabschnitt
Der fünfte Datenabschnitt
Der sechste Datenabschnitt
In den folgenden Abschnitten folgen paarweise die Spannungsspektralwerte
Das derart gestaltete erste Datenpaket DPI umfasst damit eine Anzahl von 4+2*(n-1) Abschnitten, wobei n die Anzahl der bestimmten Spannungsoberfrequenzen
Je nach Anzahl n der bestimmten Spannungsoberfrequenzen
Ein erstes Datenpaket DPI gemäß
Durch eine entsprechende Rücktransformation können die Spannungsspektralwerte
Die Gesamtdatengröße des ersten Datenpakets DPI ist jedoch wesentlich kleiner als ein die Spannungsmesswerte
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- Verfahren zur verteilten elektrischen LeistungsbestimmungMethod for distributed electrical power determination
- 101101
- SpannungsmessschrittVoltage measurement step
- 103103
- StrommessschrittCurrent measurement step
- 105105
- AnalyseschrittAnalysis step
- 107107
- Leistungswertermittlungsschritt Performance value determination step
- 201201
- SpektralanalyseschrittSpectral analysis step
- 203203
- SpektrumerstellungsschrittSpectrum creation step
- 205205
- ReduktionsschrittReduction step
- 207207
- SpektralwertidentifikationsschrittSpectral value identification step
- 209209
- Synchronisationsschritt Synchronization step
- UU
- VersorgungsspannungSupply voltage
- II.
- VerbraucherstromConsumer electricity
- DPUDPU
- SpannungsmesswertVoltage reading
- DPIDPI
- StrommesswertCurrent reading
- TCUTCU
- SpannungsverlaufStress curve
- TCITCI
- StromverlaufCurrent curve
- AFAF
- AnalysefunktionAnalysis function
- AFPU AFPU
- SpannungskenngrößeVoltage parameter
- AFPIAFPI
- StromkenngrößeCurrent parameter
- U0 U 0
- SpannungsgrundfrequenzBasic voltage frequency
- U1, ..., Un U 1 , ..., U n
- erste n Spannungsoberfrequenzenfirst n voltage harmonics
- ΦU1,..., ΦUn Φ U1 , ..., Φ Un
- Spannungsphasenwinkel der ersten n Oberschwingungen zur Grundschwingungen der Spannungsversorgung Voltage phase angle of the first n harmonics to the fundamental frequencies of the voltage supply
- I0 I 0
- StromgrundfrequenzBasic current frequency
- I1,..., InI 1 , ..., In
- erste n Stromoberfrequenzenfirst n current harmonics
- ΦI1,...,ΦIn Φ I1 , ..., Φ In
- Stromphasenwinkel der ersten n Oberschwingungen zur Grundschwingungen dem VerbraucherstromCurrent phase angle of the first n harmonics to the basic oscillations of the consumer current
- SDSD
- FrequenzspektrumFrequency spectrum
- SDUSDU
- SpannungsfrequenzspektrumVoltage frequency spectrum
- SDU0 SDU 0
- Spannungsspektralwert der Grundfrequenz der VersorgungsspannungVoltage spectral value of the fundamental frequency of the supply voltage
- SDU1,..., SDUn SDU 1 , ..., SDU n
- Spannungsspektralwerte der ersten n Oberfrequenzen der VersorgungsspannungVoltage spectral values of the first n upper frequencies of the supply voltage
- SDUn+1 SDU n + 1
- SpannungsgleichanteilDC voltage component
- SDISDI
- StromfrequenzspektrumPower frequency spectrum
- SDI0 SDI 0
- Stromspektralwert der Grundfrequenz des VerbraucherstromsCurrent spectral value of the fundamental frequency of the consumer current
- SDI1,..., SDIn SDI 1 , ..., SDI n
- Stromspektralwerte der ersten n Oberfrequenzen der VerbraucherstromsCurrent spectral values of the first n upper frequencies of the consumer current
- SDIn+1 SDI n + 1
- StromgleichanteilDC component
- PUPU
- SpannungsparameterStress parameters
- PIPI
- StromparameterCurrent parameters
- DPIDPI
- erstes Datenpaketfirst data packet
- DP2DP2
- zweites Datenpaket second data packet
- tt
- Zeittime
- ff
- Frequenzfrequency
- tU t U
- erster Startzeitpunktfirst start time
- tI t I
- zweiter Startzeitpunktsecond starting time
- T1T1
- erstes Zeitintervallfirst time interval
- T2T2
- zweites Zeitintervallsecond time interval
- ΔΦΔΦ
- Phasenverschiebung Phase shift
- 401401
- Phasenverschiebungsermittlungsschritt Phase shift determination step
- 501501
- AnpassungsschrittAdjustment step
- 503503
- SpannungsparameterermittlungsschrittStress parameter determination step
- 505505
- Parameteridentifikationsschritt Parameter identification step
- 600600
- System zur verteilten elektrischen LeistungsbestimmungSystem for distributed electrical power determination
- 601601
- SpannungsquelleVoltage source
- 603603
- SpannungspfadVoltage path
- 605605
- Verbraucherconsumer
- 607607
- SpannungsmesseinrichtungVoltage measuring device
- 609609
- StrommesseinrichtungCurrent measuring device
- 611611
- ProzessoreinheitProcessor unit
- 613613
- SpannungsmesspunktVoltage measuring point
- 615615
- StrommesspunktCurrent measuring point
- 617617
- SteuerungseinheitControl unit
- 619619
- Kommunikationsverbindung Communication link
- 700700
- Ethernet-NetzwerkaufbauEthernet network structure
- 701701
- Ethernet-KlemmensystemEthernet terminal system
- 701701
- Ethernet-KopplerEthernet coupler
- 703703
- externer Datenbusexternal data bus
- 705705
- externe Schnittstelleexternal interface
- 707707
- interne Schnittstelleinternal interface
- 709709
- SpannungsmesseinrichtungsklemmeVoltmeter clamp
- 711711
- StrommesseinrichtungsklemmeAmmeter terminal
- 713713
- interner Datenbusinternal data bus
- RXRX
- EmpfangseinheitReceiving unit
- TXTX
- SendeeinheitSending unit
- ETET
- Telegramm telegram
- 900900
- DatenabschnittData section
- 901901
- DatenrahmenData frame
- 903 903
- erster Datenabschnittfirst data section
- 905905
- zweiter Datenabschnittsecond data section
- 907907
- dritter Datenabschnittthird data section
- 909909
- vierter Datenabschnittfourth data section
- 911911
- fünfter Datenabschnittfifth data section
- 913913
- KanalnummerChannel number
- 915915
- Zeitstempel time stamp
- 10011001
- SpeichermediumStorage medium
- 10001000
- Computerprogramm Computer program
- PP
- WirkleistungReal power
- BlindleistungReactive power
- DD.
- VerzerrungsblindleistungDistortion reactive power
- SS.
- GesamtscheinleistungTotal apparent power
- LL.
- LeistungswertPerformance value
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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